Микроағзалар ферменттері және оларды пайдалану

 

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым  министрлігі 
 
 
 
 
 

 
 
 

Тақырыбы: Микроағзалар ферменттері және оларды пайдалану 
 
 
 
 
 
 

                                 Тексерген: Қойбағарова Б.Х.

                                      Орындаған: Досымқұлова Е.М. 
 

Алматы 2012жыл 

Жоспары:

      1.Кіріспе:

      Микроағзалар  ферменттері және оларды пайдалану

      2. Негізгі бөлім:

      2.1. Микроағзалар ферменттері

      2.2. Өндірісі

      2.3.  Микроағзалардың ферменттерін пайдалану

      3. Қорытынды

      4. Пайдаланған әдебиеттер 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Кіріспе

      Микроағзаларды биотехнологиялық өндіріс объектісі ретіндегі маңызы. Микроб клеткаларындағы зат алмасу жылдамдығы мен ерекшелігі, мысалдар (бөліну уақыты, екіншілік метаболиттерді синтездеу қабілеттілігі, метаболиттік реакциялардың жылдамдылығын реттеу мүмкіншілігі). Биотехнологияда гендік инженерия əдістерімен алынған мутантты жəне гибридті продуценттерді қолдану. Биотехнологиялық өндірістің шикізаттарына жалпы сипаттама. Оларға қойылатын негізгі талаптар мен шектеулер. Микроорганизмдердің біріншілік жəне екіншілік метаболиттері. Сүтқышқылды бактерияларға сипаттама, жəне оларды сүт қышқылын жəне əртүрлі сүт өнімдерін алудағы биотехнологиялық процестерде қолдану. Органикалық жəне аминқышқылдарды, витаминдерді, ферменттерді жəне т.б. заттарды өндіруші микроарғанизмдер. Лимон қышқылын алу үшін қажетті субстраттар (меласса, мұнайдың н-алкандары жəне т.б.). Екіншілік метаболиттерді өндіруші –  микроарғанизмдер. Арзан субстраттарда өсірілген ашытқы биомассасын қолдану негізіндегі азықтық белок өндірісі (меласса, сүт сарысуы, сабан гидролизаттары, н-алкандар жəне т.б.). Микроағзалардың өсу көрсеткіштері мен негізгі кезеңдері. Биореактор түрлері. Сатылардың сипаттамалары. Микробиологиялық синтез өнімдерінің түрлері. Тірі микроағзалар негізгінде алынған препараттар (бактериялық тыңайтқыштар, ұйытқы жəне т.б.). Инактивацияланған клеткадан жəне олардың өңделген өнімдерінен тұратын препараттар (азықтық ашытқылар, саңырауқұлақ мицелийлері жəне т.б.). Микроағза метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі препараттар (витаминдер, аминқышқылдары, ферменттер, антибиотиктер жəне т.б.). Соңғы өнімдерді алу жəне тазалау əдістері. Дайын формаларды дайындау – таблетка, ампула, қораптау жəне т.б. 
 
 

      Микроағзалар клеткасында және олардың тіршілік ете-тін ортасында күрделі биохимиялық өзгерістер болады. Мүнда бактериялар осы процестерді тездететін ерекше заттар — фер-менттерді жасап шығарады. Кейде оларды энзимдер деп те атайды. Бір сөзбен айтқанда, ферменттер — органикалық ката-лизаторлар. Ферменттерді тұцғыш рет орыс ғалымы К- С. Қирхгофф XIX ғасырдың бас кезінде ашқан. Фер-менттер химиялық активтігі күшті заттар. Мәселен, мәйек фер-ментінің (химозин) бір белігі 800 мыңдай бөлік сүтті ұйыта алады. Ферменттер тек тірі клеткада ғана емес, сонымен бірге клеткадан тыс ортада да ез күшін жоймай реакцияны тездетеді. Мұның үлкен практикалық маңызы бар. Олардың әрқайсысы заттардың белгілі бір түріне әсер ете алады. Мәселен, сүт қан-тын ыдырататын фермент оған ұқсас басқа қанттарға (мальто-за, сахароза) әсер етпейді. Ал кейбір ферменттер белоктарды, майларды, углеводтарды құрам бөліктеріне ыдыратып қана қоймай, сол заттардың клеткада синтезделуіне қатысады. Ауыр металл тұздары және формальдегид ферменттердің қызметін нашарлатады. Мұндай заттарды ингибиторлар деп атайды. Олар кейбір улы заттардың әсеріне төзімді келеді. Мәселен, клеткаға хлороформ, тимол, толуол сияқты заттар енсе, олар-дың тіршілігі бірден тоқталады, бірақ кейбір ферменттер әз күшін жоймай сақталып қалады. Ферменттердің бұл қасиетін бактериологиялық лабораторияларда қоректік орталар үшін пайдаланады.

      Ферменттер  суда, спиртте және глицерин мен  түрлі тұз ара-ласқан ортада ериді. Сонымен қатар ферменттер белгілі  бір жағдайда ғана әсер ете алады. Ферменттердің әсер етуі үшін қолайлы (оптималды) температура, клеткалар  тіршілігі үшін қажетті температурадан, әлде қайда жоғары болады. Мәселен, көптеген бактериялардың көбейіп, өсіп-дамуы  үшін қолайлы температура + 25—30°  болса, ферменттердің көпшілігі +45—50 градуста, ал кейбіреулері тіпті +60 градуста жақсы әсер етеді. Температура +80—100 градусқа жеткенде ферменттердің әсері  мүлде жойылады. Ортаның реакциясы  да ферменттердің күшіне үлкен әсер етеді. Қейбір ферменттер қышқылды ортада (рН 2—2,5), қалғандары сілтілі немесе нейтральды ортада жақ-сы эсер етеді.

      Ферменттер  тек тірі клеткаларда түзіледі және цитоплазма-мен тығыз байланысты болады. Дегенмен оларды клеткадан  бөліп алуға да мүмкіндік бар. Осындай қасиетіне сүйене оты-рып, ферменттерді эктоферменттер, яғни тірі клеткалардьщ сыртқы ортаға бөліп шығаратын ферменттері және эндофер-менттер, яғни клетка ішінде әсер ететін ферменттер деп бөледі. Эктоферменттер көбінесе ортадағы күрделі органикалық зат-тарды қүрылысы қарапайым заттарға дейін ыдыратады да тірі клеткаға қоректік заттар даярлайды. Ал эндоферменттер, қо-ректену процесімен бірге, энергияны бөліп шығару реакциясына да актив қатысады. Сондықтан бұл ферменттерді бөліп шығара-тын микроорганизмдер қоректік ортадағы барлық күрделі зат-тарға бір мезгілде әсер ете алады.

      Организмде  кездесетін ферменттердің саны мыцға  жуық. Олардың молекуласы негізінен  белоктық заттардан қүралған. 1961 жылы ферменттердің ғылми негізде  қүралған жаңа клас-сификациясы жасалды. Осы классификация бойынша, барлық ферменттер' 6 класқа бөлінеді:

1. Тотығу-тотықсыздану ферменттері,
2. Трансферазалар,
3. Гидролазалар,
4. Лиазалар,
5. Изомеразалар,
6. Лигазалар  (синтетазалар).

      Сонымен қатар әрбір ферменттің екі түрлі  аты болады. Оныц бірі ғылми аты, күрделі аты; екіншісі — әдетте қолданылып жүрген қарапайым аты. Мысалы, глюкоза  қантына фосфор қышқылын қосып, оны  фосфорлық эфирге айналдыратын фер-ментті әдетте глюкокиназа деп атайтын  болса, оның қазіргі ғылми аты  — 2, 7,1. 2. АТФ-глюкоза-6 фосфотрансфераза. Крахмалды су арқылы ыдыратып мальтоза қантына айналды-ратын ферменттің бірін — амилаза деп атайды, оның қазіргі ғылми аты — 3.2.1.2—1.4 глюкоген-мальтогидролаза. Қанттың  ашуы кезінде оны спиртке айналдыратын ферменттің бірі әдет-те алькагольдегидрогеназа деп аталады. Бүл ферменттің қазіргі ғылми аты 1.1.1.1-алкаголь НАД — оксидаредуктаза. Әрине ферменттердің осындай күрделі ғылми аттарын қолдану жеңіл емес, сондықтан олардың қалыптасқан қарапайым аттарын қолданады.

      Әр  ферменттің атының алдында төрт санды  «таңба» кездесе-ді. Ол фермент системасында әр ферменттің алатын орнын көрсетеді. Бірінші сан ферменттің қай топқа  жататынын көр-сетсе, екінші сан  топ тармағьш, үшінші — тармақ буынын, төртіншісі — ферменттің қатардан алатын өз орны көрсетіледі. Тағы бір  айта кететін жағдай ферменттердің  аты әдетте ыдыра-татыи заттарының атымен аталады. Тек ол заттардың  аяғына «аза»  деген  жүрнақ жалғанады.  Мәселен,  крахмалды  ыдырататын фермент амилаза. Олай болатын себебі латын тілінде крахмал — амилиум. Соған сәйкес ферменттің аты амилаза  бо-лып аталады.

      Гидролазалар (гректің «гюдор» — су деген  сөзі). Фермент-тердің бұл тобына полисахарид, дисахарид, майлар және белок-тарды  ыдырататын түрлері жатады. Бұлардың кейбіреулерін қазіргі кезде  кристалл күйінде бөліп алған. Мұнда  ферменттік реакция тек судың  қатысуымен жүреді.

      

      Бұл топқа ең алдымен карбогидраза ферменттері жатады. Карбогидразаны көптеген микроағзалар бөліп шығарады. Олардың ішіндегі аса маңыздылары мыналар:

      Амилаза. Крахмалды мальтоза қантына дейін ыдыратады. Ол көптеген зең саңырауқұлақтары мен бактерияларда кез-деседі.

      Мальтаза. Мальтоза қантын екі молекула глюкозаға айнал-дырады.  Барлық микроорганизмдерде дерлік кездеседі.

      Сахараза. Тростник (қамыс) қантын глюкоза және фрукто-заға ажыратады. Зең саңырауқұлақтарында, ашытқы саңырау-құлақтарда және бактерияларда кездеседі.

      Лактаза. Сүт қантын (лактозаны) глюкоза және галактоза-ға ажыратады. Қептеген сүт қышқылы және басқа да бактерия-ларда болады.

      Целлюлаза. Оны немесе цитаза деп те атайды. Мұны көптеген анаэробты микроорганизмдер беліп шығарады. Ол клетчатканы целлобиозаға және жай қант — глюкозаға дейін ажыратады.

      Целлобиаза. Целлобиозаны екі молекула глюкозаға айнал-дырады. Гидролазаның бір тармағы — эстеразалар (күрделі эфирлер ферменттері). Бұл топқа қышқылдар мен спирттер ара-•сындағы зфир байланыстарын бұзатын ферменттер жатады. Мұндай ферменттердіц бірі — липаза. Ол майларды глицерин мен май қышқылдарына ажыратады. Липаза көптеген микроор-ганизмдерде, өсімдіктер мен жануарлардың клеткаларында болады.

      Пектиназа. Өсімдіктердің клеткаларының аралығында кезде-сетін пектин заттарын ажыратады. Мұнда пектин заттарынан галактоза, арабиноза, ксилоза, сірке, галактурон қышқылдары және метил спирті түзіледі. Бұл ферменттер көптеген бактерия-лар мен зең саңырауқұлақтарынан табылған.

      Протеазалар — гидролазалардың бір тармағы. Бұлар —бе-лок молекуласын амин қышқылдарына дейін ажырататын ферменттер. Бұған жататындар мыналар:

      Протеиназа. Бұл фермент белоктарды пептон, полипептид және амин қышқылдарына дейін ажыратады. Мұның сұтті ұйытатын қасиеті бар. Бұл фермент көптеген шіріткіш бактерия-ларда кездеседі.

      Полипептидаза. Ол пептон заттарын дипептид және амин қышқылдарына дейін ажыратады. Полипептидаза әрбір тірі клеткада кездесетін фермент.

      Дипептидаза. Дипептидтерді бұл фермент амин қышқылда-рына дейін ажыратады. Көптеген зең саңырауқұлақтары мен бактерияларда және жоғары сатыдағы организмдер клеткала-рында кездеседі.

      Дезаминаза. Амин қышқылдарын аммиак пен окси қышқыл-дарға бөледі. Бұл фермент пуриндық негіздерге әсер етіп, олар-дан аммиакты бөліп шығарады.

      Тотығу-тотықсыздану ферменттері. Бұған микроорганизмдер-дің тыныс алуы және түрлі ашыту процестерін жүргізуге қатысатын көптеген ферменттер жатады. Ашу процесінің қоздырғышы — ашытқы саңырауқұлақтар клеткаларындағы ферменттер бұрын зимаза деп аталып келді. Қазір сол зимазаның өзі кәптеген ферменттерден тұратыны анықталды. Олар қантқа фосфор қышқылын тасымалдап, қанттарды фосфорлық эфирге айналдырады, сутегін тасымалдап органикалық заттардың тотығуын немесе тотықсыздануын қамтамасыз етеді. Сейтіп, бұл ферменттердің әсерінен клетканың метаболиз процесі жүреді. Соның нәтижесінде, клеткада көптеген аралық продукталар (органикалық қышқылдар, фосфорлық эфирлер, энергия қо-ры — АТФ және АДФ т. б.) түзіледі. Сонымен қатар, бұл реакциялар организм мен оның клеткалары үшін энергия көзі болып саналады. Пайда болған заттардың химиялық құрамы да өзге-ше және бөлінетін энергия микроағзалардың тіршілігіне жұмсалады. Бұл топқа енетін ферменттердің практикалық ма-ңызы барлары мыналар:

      Альдолаза. Кейбір ашыту микроағзаларда кездеседі. Бұл ферменттің әсерінен алты мүшелі гексоза қанты үш мүшелі қосылысқа ажырайды.

      Декарбоксилаза. Көптеген ашытқы саңырауқұлақтарда болатын фермент. Бұл фермент қанттар айырылуының бастапқы продуктасы ретінде пайда болған пирожүзім қышқылын сірке альдегиді мен кемір қышқыл газына айналдырады.

      Клеткада  жүретін тотығу мен тотықсыздану реакцияларын және тыныс алу процесін тездетіп, энергияның бөлінуіне қатысатын ферменттердің ішіндегі ең маңыздылары мыналар:

      Дегидрогеназа. Бұл фермент органикалық заттарда бірінен екіншісіне сутегінің алмасуына себепші болады. Соның нәтиже-сінде бірінші затта оттегінің саны артып тотығады да, екіншісін-де сутегінің саны артып, тотықсызданады.

      Оксидаза—аэробты  дегидраза.  Олар  тотығатын  органика лық заттардан сутегін бөліп алып, ауадағы оттегіне жалғастыру нәтижесінде ортада су немесе сутегі асқын тотығын түзейді. Оны мына схемадан керуге болады:

      Пероксидаза — әдетте пероксидаза көптеген фенол, полифенол, ароматтық аминдердің сутегі асқын тотығы көмегімен тотығуын жеделдетеді. Бұлар жануарлар клеткаларында, жоғары және төменгі сатыдағы өсімдіктерде, көптеген микроағзаларда кездеседі.

      Каталаза  — тотығу реакциясына тікелей қатыспағанмен, каталаза аэробты тыныс алуға байланысты жүретін процестерді қоздырады. Әсіресе аэробты бактерияларда көп тараған фермент. Сонымен қатар ол сутегінің асқын тотығын молекула күйіндегі оттегі мен суға ажыратады. Аэробты тыныс алу барысында молекулалық оттегінің тотықсыздануынан түзілетін сутегі асқын тотығы тірі клеткаларды уландырады. Сондықтан оның су мен оттегіне ажырауы ағзаға аса қажетті шарттардың бірі болып табылады.

Микроағзаларр басқа жоғары сатыдағы организмдер сияқты энергияның қорын клеткасында жинайды. Макроэнергиялық байланыстардағы энергия заттардың гидролитикалық ыдырауы барысында көптеп бөлінеді де биосинтетикалық реакцияларға жұмсалады. Энергия қоры клеткадағы аденозин үш фосфат (ТҮФ), аденозин екі фосфат (АЕФ),  цитозин үш фосфат (ЦҮФ), уридин үш фосфат (УҮФ), гуанозин үш фосфат (ГҮФ), креатинофосфат, ацителфосфат және басқада сол сияқты қосылыстарда жиналады. Бұлардың ішіндегі ең маңыздыларының бірі- АҮФ. Ол клетка метабоилизмінің әр түрлі екі процесінің нәтижесінде пайда болады. Бұлар субстраттық фосфорлану мен электронды тасымалдау. Бұл химиялық байланыстардың ыдырауы барысында бөлінетін энергиядан әлде қайда көп. Француз ғалымы А.Л. Лавуазье 1780 жылы жануарлар дем алғанда оттегін жұтып, көмірқышқыл газын бөліп шығаратынын анықтаған. Биологиялық тотығу деп аталатын бұл процесс тыныс алу деп аталып кетті. Бұл жоғары сатыдағы өсімдіктерге де тән құбылыс. Ғылымда тотығу деп заттың оттегімен қосылысын, ал тотықсыздану деп оған, керісінше, заттан оттегінің бөлініп шығуын айтады.